Atmiņas kartētais IO vs IO kartētais IO: atšķirība un salīdzinājums

Atslēgas

1. Memory-mapped I/O (MMIO) izmanto I/O ierīces kā atmiņas vietas, kartējot to reģistrus ar noteiktām adresēm sistēmas atmiņas adrešu telpā. Tas ļauj CPU izmantot ielādes/glabāšanas instrukcijas, lai piekļūtu I/O ierīcēm, vienkāršojot programmēšanu un nodrošinot efektīvu datu pārsūtīšanu.
2. I/O-mapped I/O (I/O-MMIO) I/O operācijām izmanto atsevišķu adrešu telpu, kas atšķiras no parastās atmiņas adrešu telpas. Īpašas I/O instrukcijas sazinās ar I/O ierīcēm, nodrošinot atdalīšanu un elastību.
3. MMIO gūst labumu no atmiņas aizsardzības mehānismiem un efektīviem datu pārsūtīšanas ātrumiem, taču tam ir ierobežojumi vietas un iespējamo konfliktu risināšanā. I/O-MMIO izvairās no atmiņas konfliktiem un nodrošina lielāku adrešu telpu, taču var sarežģīt programmēšanu un, iespējams, palēnināt piekļuvi. Izvēle ir atkarīga no sistēmas prasībām un dizaina apsvērumiem.

Kas ir atmiņas kartēta I/O?

Atmiņas kartējuma I/O (ievade/izvade) ir paņēmiens, ko izmanto datorsistēmās, lai ļautu piekļūt perifērijas ierīcēm, piemēram, aparatūras ierīcēm vai ārējiem komponentiem, un tās kontrolēt, izmantojot atmiņas darbības. Tas ietver perifērijas ierīču adrešu telpas kartēšanu tieši datora atmiņas adrešu telpā.

Atmiņas kartētajā I/O sistēmā atmiņas adreses, kas rezervētas I/O operācijām, tiek piešķirtas perifērijas ierīcēm. Šīs adreses tiek uzskatītas par parastajām atmiņas vietām, un centrālais procesors var lasīt no tām vai rakstīt uz tām, izmantojot attiecīgi ielādes un saglabāšanas instrukcijas. Tas nozīmē, ka I/O darbības tiek veiktas, manipulējot ar atmiņas vietām, nevis izmantojot īpašas I/O instrukcijas.

Kas ir I/O kartētā I/O?

I/O kartētā I/O (ieeja/izvade) ir alternatīva atmiņas kartētajam I/O, kas paredzēts saskarnei ar perifērijas ierīcēm datorsistēmā. Atšķirībā no atmiņas kartētās I/O, kas perifērijas ierīces kartē atmiņas adrešu telpā, I/O kartētais I/O piešķir atsevišķu adrešu telpu I/O operācijām.

I/O kartētajā I/O sistēmā CPU izmanto īpašas ievades un izvades instrukcijas, lai sazinātos ar perifērijas ierīcēm. Šīs instrukcijas atšķiras no parastās ielādes un uzglabāšanas instrukcijas piekļuvei atmiņai. I/O instrukcijas ir paredzētas I/O darbību veikšanai, un tās nodrošina CPU instrukciju kopas arhitektūra.

Atšķirība starp atmiņas kartētu I/O un I/O kartētu I/O

1. Atmiņas kartētajā I/O atmiņa un I/O adreses tiek koplietotas vienā adrešu telpā. Perifērijas ierīces tiek kartētas ar noteiktām atmiņas adresēm, un saziņai ar ierīcēm tiek izmantotas CPU instrukcijas piekļuvei atmiņai. Turpretim I/O kartētā I/O ievades/izvades operācijām piešķir atsevišķu adrešu telpu, kas atšķiras no atmiņas adrešu telpas.
2. Atmiņas kartēto I/O izmanto, lai ielādētu un saglabātu instrukcijas lasīšanai no perifērijas ierīču atmiņas kartētajām adresēm vai rakstīšanai uz tām. No otras puses, I/O kartētam I/O ir nepieciešamas īpašas ievades un izvades instrukcijas, kas īpaši paredzētas mijiedarbībai ar I/O adresēm.
3. Atmiņas kartētajā I/O pieejamā atmiņas vieta ierobežo adrešu diapazonu. I/O operācijām izmantotās atmiņas adreses var būt izkaisītas visā adrešu telpā. I/O kartētajā I/O adrešu diapazons ir paredzēts tikai I/O operācijām un nepārklājas ar atmiņas adresēm.
4. Atmiņas kartētais I/O piedāvā vienkāršāku programmēšanas modeli, jo ierīces ir daļa no atmiņas hierarhijas. No otras puses, I/O kartētā I/O rada papildu sarežģītību programmatūras izstrādē, jo programmētājiem ir jāpārvalda atsevišķas I/O instrukcijas un adrešu telpas.
5. Atmiņas kartētajam I/O var būt ierobežota I/O darbību drošība un aizsardzība, jo ierīcēm ir tāda pati adrešu telpa kā atmiņai. Neatļauta piekļuve atmiņas vietām var ietekmēt pievienotās ierīces. I/O kartētajā I/O atsevišķā I/O adrešu telpa nodrošina labāku izolāciju un aizsardzību, nodrošinot, ka nesankcionēta piekļuve atmiņai automātiski nepiešķir piekļuvi I/O ierīcēm.

Salīdzinājums starp atmiņas kartētu I/O un I/O kartētu I/O

Salīdzināšanas parametri	Atmiņas kartēta I/O	I/O Kartē I/O
Risināšana	Atmiņas adreses tiek izmantotas gan atmiņas, gan I/O operācijām.	Atsevišķas I/O adreses tiek izmantotas tikai I/O operācijām.
Adreses diapazons	Ierobežo pieejamā atmiņas vieta.	Īpaša adrešu telpa tikai I/O operācijām, kas atšķiras no atmiņas.
Instrukcijas	Atmiņas kartētā I/O	Īpašas ievades/izvades instrukcijas, kas paredzētas I/O operācijām.
Aparatūras saskarne	Ierīces parādās tā, it kā tās būtu daļa no atmiņas hierarhijas.	Ierīces saziņai ir nepieciešams atsevišķs I/O interfeiss un vadības signāli.
sniegums	Ielādes/glabāšanas instrukcijas tiek izmantotas, lai piekļūtu gan atmiņas, gan I/O adresēm.	I/O instrukcijām var būt lēnāka izpilde salīdzinājumā ar atmiņas piekļuves instrukcijām, tādējādi ietekmējot veiktspēju.

Atsauces

1. https://arxiv.org/abs/2301.06689
2. https://www.researchgate.net/profile/John-Mccalpin/publication/266375644_Low_Level_Microbenchmarks_of_Processor_to_FPGA_Memory-Mapped_IO/links/542dcd460cf27e39fa94b415/Low-Level-Microbenchmarks-of-Processor-to-FPGA-Memory-Mapped-IO.pdf

Pēdējo reizi atjaunināts: 11. gada 2023. augustā